Связи в деревянных конструкциях работающие на растяжение называются

ТехЛиб СПБ УВТ

Конструкции соединений деревянных конструкций прошли путь от простейших видов (врубки) до сложных современных видов (нагельные пластинки, вклеенные стержни) и продолжают совершенствоваться. Вопросы конструктивных решений соединений и их теоретического обоснования по-прежнему актуальны, поскольку именно на стыки деревянных конструкций приходится значительная доля затрат материалов и труда.

Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием, под углом и прикрепление к опорам – анкеровкой.

Увеличение заготовок по длине называется сращиванием. Увеличение заготовок по сечению называется сплачиванием. Соединения деревянных конструкций классифицируют по различным признакам. Например, по виду работы элемента и работы самой связи (соединения на растянутых связях, соединения на податливых связях).

По характеру работы все основные соединения делятся на:

без специальных связей (лобовые упоры, врубки);
со связями, работающими на сжатие (шпонки колодки);
со связями, работающими на изгиб (болты, стержни, гвозди, винты, пластинки);
со связями, работающими на растяжение (болты, винты, хомуты);
со связями, работающими на сдвиг-скалывание (клеевые швы).

По характеру работы соединений деревянных конструкций делятся на податливые и жесткие. Податливые изготавливаются без применения клеев. Деформации в них образуются в результате неплотностей.

Принято различать три группы соединений деревянных конструкций:

Контактные соединения (без использования рабочих механических связей: врубки и другие соединения «впритык»)
Соединения с использованием механических связей (нагельные: болтовые, гвоздевые; шпоночные, соединения на шайбах, нагельных пластинках и т.п.)
Клеевые соединения и соединения комбинированного типа

Требования к соединениям

1. Надежность. В частности, рекомендуется сводить к минимуму неблагоприятные (ненадежные) виды работы древесины в соединениях (работа древесины на скалывание, смятие поперек волокон, растяжение поперек волокон). С понятием надежности тесно связан так называемый принцип дробности: «чем мельче связи и чем их больше, тем выше надежность соединения». Другими словами, десять болтов маленького диаметра предпочтительнее одного болта при одинаковых затратах металла, так как в первом случае древесина работает в основном на смятие («надежный» вид работы древесины), а во втором случае — на сдвиг («ненадежный» вид работы древесины)

2. Прочность. В частности, стремление к равнопрочности с основной частью конструкции, к отсутствию ослаблений (отверстия) в сечении.

3. Снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже конструкций (технологичность)

4. Деформативность. Например, в контактных соединениях величина предельной деформации смятия ограничена

Работа древесины в соединениях. Виды работы древесины на смятие поперек и под углом к волокнам, а также на скалывание относятся к неблагоприятным. Именно эти виды работы древесины сопровождают работу соединений и именно они чаще всего являются прямой или косвенной причиной отказа конструкции.

Смятие. Работа древесины на смятие поперек и под углом к волокнам характеризуется повышенной деформативностью и низкой прочностью. Диаграмма «сила — деформация» при смятии древесины поперек волкон отражает эффект сплющивания трубчатообразных клеток древесины. Различают три вида смятия:

n смятие по всей поверхности (R см = 1,8 МПа, самый неблагоприятный вид смятия)
n смятие на части длины
n смятие на части поверхности (под шайбами) (R см = 4 МПа)

Увеличение прочности в последнем случае объясняется подкрепляющим влиянием окружающих площадку смятия волокон древесины.

Основные эмпирические зависимости при смятии.

Зависимость сопротивления от угла между направлением силы и направлением волокон древесины

R см,a = Rсм,0 / (1 + (R см,0 /R см,90 — 1) sin3a

Зависимость сопротивления от длины площадки смятия

R см,L = R см (1 + 8 / (Lсм + 1.2); [см]

Скалывание. Работа древесины на скалывание (сдвиг) характеризуется низкой прочностью и хрупким характером разрушения. В «чистом» виде скалывание практически не встречается. Обычно этот вид напряженного состояния комбинируется с другими (растяжение и сжатие поперек волокон).

Различают два вида скалывания: скалывание одностороннее и скалывание двустороннее. В первом случае прочность меньше, поскольку выше степень неравномерности распределения напряжений. В расчетах условно принимают равномерное распределение напряжений по длине площадки сдвига. Поэтому вводят понятие «среднее значение сопротивления сдвигу»

R ск,ср = Rск,ср / (1+ bL/e)

Формула отражает физическую сущность явления скалывания: коэффициент b учитывет вид скалывания, а отношение L/e учитывает влияние нормальных напряжений, сопутствующих скалыванию. Rск,ср — сопротивление скалыванию при равномерном распределении касательных напряжений.

Зависимость сопротивления скалыванию от угла между направлением силы и направлением волокон древесины имеет вид:

R ск,a = Rск,0 / (1 + (R ск,0 /R ск,90 — 1) sin3a

Рекомендуемые разновидности соединений элементов деревянных конструкций

Назначение соединений	В конструкциях, изготовляемых в заводских условиях	В конструкциях, изготовляемых с применением облегченных средств механизации.
из высушенных пиломатериалов	из брусьев и досок	из местного круглого леса
Сплачивание	На водостойком клее	На дубовых или березовых пластинках Деревягина; на гвоздях и топких нагелях из круглой стали, из пластмасс	На колодках, болтах, скобах
Наращивание
В сжатом стыке	Лобовым упором
В растянутом стыке	Зубчатым стыком на водостойком клее	Деревянными накладками и прокладками на нагелях из круглой стали, на болтах, гвоздях	Деревянными накладками на нагелях из круглой стали, на болтах
Накладками с клеестальными шайбами	Накладками с шайбами на глухих нагелях и шурупах	Стальными накладками с шайбами на глухих нагелях и глухарях
Узловые примыкания
Сжатых стержней	Лобовым и трехлобовым упором	Лобовой врубкой; лобовым и трехлобовым упором
Растянутых стержней	Стальными тяжами или хомутами через накладки и прокладки на клее или нагелях и болтах	Стальными тяжами или хомутами через накладки и прокладки па гвоздях или нагелях и болтах	Стальными тяжами или хомутами через накладки на нагелях и болтах; скобами крестового профиля
Стержней, воспринимающих знакопеременные силы	Центровым болтом через клеестальные шайбы	Нагелями, штырями крестового профиля, гвоздями	Нагелями, штырями крестового профиля
Центровым болтом, через когтевые шайбы, шайбы на глухих нагелях, шурупах, штырях крестового профиля или на гвоздях	Центровым болтом через шайбы на глухих нагелях, глухарях или на штырях крестового профиля

Основные виды соединений (при сплачивании)

1. Соединения на врубках, работающих без специальных рабочих связей. Соединения безраспорные; требуются лишь вспомогательные поперечные связи (устаревший вид сплачивания)


Схема соединения на врубках
Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему поясу. Соединяемые врубкой элементы деревянных конструкций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательными связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., которые следует рассчитывать в основном на монтажные нагрузки

2. Соединения на шпонках, работающих в основном на сжатие (с), аналогично сжатым раскосам фермы (с). Распор Qшп воспринимается рабочими поперечными связями (р) — болтами, хомутами и т. п., работающими на растяжение аналогично растянутым стойкам фермы (р)


Схема соединения на шпонках

3. Соединения на нагелях, работающих в основном на изгиб (и), аналогично стойкам (и) безраскосной фермы. Соединения безраспорные, требуются лишь вспомогательные поперечные связи


Схема соединения на нагелях

4. Соединения на клею, работающем в основном на сдвиг (τ), аналогично сварному шву в металлических балках. Поперечная связь обычно обеспечивается самим клеевым швом


Схема соединения на клею

Соединения по ширине

При стыковке нешироких досок получаются щиты необходимых размеров. Для соединения существует несколько способов.

1) Соединение на гладкую фугу; При таком методе соединения каждая рейка или доска называется делянкой, а шов, который образуется в результате соединения, фугой. О качестве прифуговке говорит отсутствие просветов между стыками кромок смежных делянок.

2) Соединение на рейку; По кромкам делянок выбирают пазы и вставляют в их рейки, скрепляющие между собой делянки. Толщина рейки и ширина паза не должны превышать 1/3 толщины доски.

3) Соединение в четверть; В скрепляемых делянках выбирают по всей длине четверти. В таком случае размеры четверти, как правило, не превышают половину толщины делянки.

3) Соединение в паз и гребень (прямоугольный и треугольный); Такой вид соединения обеспечивает делянку пазом с одной стороны и гребнем с другой. Гребень может быть как прямоугольным, так и треугольным, но последний редко используется, поскольку его прочность немного хуже. Соединение в паз и гребень довольно популярно и часто используется изготовителями паркета. Минусом такого соединения считается меньшая экономичность, поскольку используется больше досок.

4) Соединение «ласточкин хвост»; Такой вид крепления немного похож на предыдущий, вот только гребень имеет трапециевидную форму. Ну отсюда и название.

Соединение досок в щиты: а — на гладкую фугу, б — в четверть, в — на рейку, г — в паз и прямоугольный гребень, д — в паз и треугольный гребень, е — в «ласточкин хвост»

Также при сборке щитов используют шпонки, наконечники в паз и гребень с вклейкой рейки в торец. Среди вклеенных реек встречаются треугольные, прямоугольные и наклеенные, а при использовании шпонки в основном выбирают паз «ласточкин хвост». Все это нужно для надежного скрепления щита.

Щиты: а — со шпонками, 6 — с наконечником в паз и гребень, в — с вклейной рейкой в торец, г — с вклейной треугольной рейкой, д — с наклеенной треугольной рейкой.

Соединение по длине

Среди популярных видов соединения по длине можно выделить: впритык, на «ус», в паз и гребень, на зубчатое клеевое соединение, в четверть и на рейку. Наибольшей популярностью пользуется зубчатое соединение, потому что оно имеет лучшую прочность.

Соединение брусков по длине: а — впритык, б — в паз и гребень, в — на ус, г, д — на зубчатое клеевое соединение, е — в четверть, ж — на рейку

Также существует сращивание, когда более длинные отрезки стыкуются между собой. Это может происходить несколькими способами. Например, вполдерева, косым прирубом, косым и прямым накладным замком, косым и прямым натяжным замком и впритык. При выборе сращивания вполдерева необходимая длина соединения должны составлять 2 или 2,5 от толщины бруса. Для большей надежности используют нагеля, например, такое можно встретить при строительстве брусчатых домов.

При использовании косого прируба с подрезкой торца размеры составляют 2,5 — 3 от толщины бруса и так же крепится нагелями.

Соединение прямым или косым накладным замком используют в конструкциях, в которых присутствуют растягивающие усилия. Прямой накладной замок находится на опоре, а косой можно разместить у опор.

Если Вы решили использовать косой прируб с подрезкой торца, то соединение должно иметь 2,5 или 3 толщины бруса. В этом случае то же используются нагеля.

При стыковке прямым или косым натяжным замком можно не волноваться о прочности, но такое соединение имеет сложности в изготовлении, а также при усыхании древесины клинья ослабляются, поэтому такой метод соединения не подойдет для серьезной конструкций.

Сращивание впритык — это когда два конца бруса помещают на опору и надежно соединяются скобами.

Сращивание: а — вполдерева, б — косым прирубом, в — прямой накладной замок, г — косой накладной замок, д — прямой натяжной замок, е — косой натяжной замок, ж — впритык

Соединение брусьев или бревен можно встретить при возведении стен или в верхней или нижней обвязке в каркасных домах. К основным видам соединений можно отнести вполдерева, вполулапу, шиповое и угловой сковороднем.

Врубкой вполдерева считается вырубка или срезка половины толщины на концах брусьев, после чего они соединяются под углом в 90 градусов.

Соединение вполулапа образуется при зарезке на концах брусьев наклонных плоскостей, благодаря которым брусья плотно соединяются. Размер наклона определяется по формуле.

Врубка угловым сковороднем очень похожа на врубку вполдерева, но отличительной чертой является то, что при таком соединении один из брусьев теряет небольшую часть в ширине.

Соединение брусьев под углом: а — вполдерева, б — вполулапу, в — шиповое, г — угловое

Соединение по высоте

Крестообразное соединение брусьев можно встретить при строительстве моста. При таком способе можно использовать соединение вполдерева, треть и четверть дерева или зарубка одного бруса.

Крестообразное соединение брусьев: а — вполдерева, б — в треть дерева, в — в четверть дерева, г — с зарубкой одного бруса

Наращивание

Наращиванием брусьев и бревен называется соединение элементов по высоте, что часто используется при строительстве столбов или матч.

Существует несколько видов наращивания: 1) впритык с потайным шипом; 2) впритык со сквозным гребнем; 3) вполдерева с креплением болтами; 4) вполдерева с креплением хомутами; 5) вполдерева с креплением полосовой сталью; 6) косым прирубом с креплением хомутами; 7) впритык с накладками; 8) крепление болтами;

Длина стыков обычно составляет 2-3 от толщины соединяемых брусьев или 2-3 диаметра бревен.

Соединение бревен при наращивании: а — впритык с потайным шипом, б — впритык со сквозным гребнем, в — вполдерева с креплениес болтами, г — вполдерева с креплением полосовой сталью, д — вполдерева с креплением хомутами, е — косым прирубом с креплением хомутами, ж — впритык с накладками и креплением болтами

Шиповое соединение

При шиповой вязке брусков на одном делают зарезку шипа, а на другом проушину или гнездо. Шиповую вязку брусков часто используют при создании столярных изделий, дверей, окон или фрамуг. Все соединения делаются на клею. Можно использовать не только один, но и два или более шипа. Чем больше шипов, тем больше площадь склеивания.Такой вид соединения можно разделить на угловые концевые, угловые серединные и угловые ящичные.

При угловом концевом соединении используется открытый сквозной шип (один, два или три), шип с потемком сквозной и несквозной, вставные шканты. Угловые серединные соединения можно встретить на дверях. Угловые серединные и концевые могут дополнительно использовать гвозди, шурупы, нагеля или болты.

Угловые шиповые соединения: а — открытый сквозной одинарный шип УК-1, б — открытый сквозной двойной шип УК-2, в — открытый сквозной тройной шип УК-3, г — шип несквозной с полупотемком УК-4, д — шип сквозной с полупотемком УК-5, е — шип несквозной с потемком УК-6, ж — шип сквозной с потемком УК-7, з — соединение несквозное и сквозное на шкантах УК-8, и — на ус со вставными круглыми шкантами УК-9, к — несквозной на ус со вставным плоским шипом УК-10, л — сквозной на ус со вставным плоским шипом УК-11

Угловые серединные соединения на шип: а — несквозной типа УС-1, б сквозной УС-2, в — сквозной двойной УС-3, г — несквозной в паз и гребень УС-4, д — несквозной в паз УС-5, е — несквозной на круглых шкантах УС-6

tehlib.com

Раздел 4. Деревянные конструкции

4.1 Виды и свойства древесины

Деревянные строительные конструкции, надежные, легкие и долговечные. Строительные конструкции изготовляют обычно из хвойных пород древесины – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Эти породы характеризуются прямолинейностью, лучшими, чем у лиственных пород, механическими свойствами и большой стойкостью против гниения, благодаря смолистости. К основным недостаткам можно отнести низкую огнестойкость, способность к загниванию и поражению древоточцами (низкую биостойкость), сильную зависимость физико–механических свойств от температурно-влажностных условий эксплуатации и длительности действия нагрузок, значительной неоднородности. Лесоматериалы, получаемые строительством, делятся на круглые и пиленые (рис.1).

Рис. 1 Лесоматериалы:

1-бревно; 2-пластина; 3-сбег (уменьшение диаметра) бревна; 4-лежень; 5-полуобрезной брус; 6-обрезной брус; 7-брусок; 8-тонкая доска; 9-толстая доска.

Защита древесины от гниения, повреждения насекомыми, возгорания, химической агрессии. Гниение – это разрушение древесины в результате жизнедеятельности грибов, разрушающих целлюлозу. Для защиты древесины от гниения применяют меры конструктивного характера и химическую защиту – антисептирование. Конструктивная защита включает: использование для конструкций только сухой древесины, стерилизацию древесины в процессе сушки прогревом ее при температуре выше 80°С, предохранение древесины конструкции от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, устройствами наружного водоотвода в деревянных покрытиях, обеспечение достаточной тепло - и пароизоляции, расположение несущих деревянных конструкций целиком в отапливаемом помещении или вне его. К химической защите древесины прибегают в тех случаях, когда конструктивными мерами нельзя устранить ее увлажнение во время эксплуатации. Химическая защита состоит в пропитке или покрытии элементов конструкций антисептиками – веществами, ядовитыми для грибов. Защита от древесных вредителей осуществляется пропиткой маслеными антисептиками. Применяют также окуривание конструкций ядовитыми газами и впрыскиванием входы, проделанные насекомыми, растворов ядовитых веществ.

Преимущества и недостатки деревянных конструкций. К достоинствам деревянных конструкций относятся: высокая удельная прочность, химическая стойкость, долговечность (больше, чем у металла и железобетона), малая теплопроводность, большая сырьевая база и простота обработки, а также отсутствие ограничений при сезонных работах. Недостатки древесины: гигроскопичность и вследствие – усушка, разбухание, растрескивание и коробление; неоднородность строения (анизотропия); большое количество естественных пороков (косослой, сучки и др.), что существенно снижает прочность; возможность гниения; малая огнестойкость.

4.2Конструирование соединений элементов деревянных конструкций

Соединения на врубках. Врубками называют соединения, в которых усилия от одного элемента передаются другому по площадке смятия и скалывания, без специальных промежуточных рабочих связей. Чаще всего лобовые врубки применяются в узлах бревенчатых и брусчатых ферм. Наибольшее распространение получили лобовые упоры и лобовые врубки с одним зубом, лобовые врубки с подушкой применяют реже (рис. 2).

Рис.2 Лобовые упоры и лобовые врубки:

а, б, в – лобовые упоры; 1 – штырь; 3 – плотная приторцовка; 2 – скоба; 4 – стяжные болты;

г, е – лобовые врубки; д – распределение усилий в опорном узле;

5 – опорная подушка;

6 - подбалка;

7 – аварийный болт;

8 – тяж.

Нагельные соединения. Нагелями называются стержни или пластинки, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов. Используют стальные и деревянные нагели. Нагельные соединения бывают односрезными и двухсрезными (Рис.3, б, в), а также симметричными и несимметричными.

Рис.3 Нагельные соединения

а – схемы расстановки; 1 – прямая расстановка; 2 - шахматная; 3 – при стальных накладках; 4 – в соединениях под углом;

б – расчетные схемы; 5 – симметричное двухсрезное; 6 – несимметричное односрезное;

в – схема работы; 5 – симметричное двухсрезное; 7 – эпюра напряжений смятия древесины.

Рис.4 Схемы соединений и расстановки нагелей и гвоздей.

а – продольное соединение;

б – угловое соединение;

в – рядовая расстановка ригелей: то же шахматная;

г – то же, косыми рядами;

д, е – рядовая расстановка гвоздей.

Клеевые соединения. Склеивание древесины – наиболее прогрессивный способ соединения деревянных элементов. Клеевые швы относятся к неподатливым и обеспечивают монолитность конструкций.

Рис.5 Клеевые соединения

а – поперечные стыки; б – продольные стыки; 1 – стыки по пластям; 2 – по кромкам; 3 – по пласти и кромке; в – угловой стык; 6 – угловой зубчатый шип.

Металлические крепления. В деревянных конструкциях применяют две группы металлических креплений: 1)растянутые связи – гвозди и винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание; болты и тяжи, работающие на растяжение; 2) вспомогательные металлические крепления – стяжные болты, хомуты, штыри, скобы и т.д., которые устанавливают конструктивно для восприятия усилий, возникающих при перевозке и монтаже. Все виды связей должны воспринимать расчетные усилия и быть защищены от коррозии. Металлические связи на растяжения рассчитывают в соответствии с требованиями норм проектирования и расчета металлических конструкций. Наиболее широко металлические связи используют при возведении построечных конструкций и в меньшей степени – в заводских условиях. Гвозди, сопротивляющиеся выдергиванию, разрешается использовать только во второстепенных элементах настилов, подшивках потолков и т.д. Запрещается применять гвозди, забитые в торец или заранее просверленные отверстия, а также в случае динамических воздействий на конструкцию. Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее 10d или двух толщин пробиваемого элемента. В свою очередь, толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4d. Расстановка гвоздей аналогична ранее изложенной. Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые древесине винтовые желобки. При работе на выдергивание шурупы расставляют так, чтобы расстояние между винтами в продольном направлении составляла S1 =10d, в поперечном - S 2 = S3 = 5d. Болты и тяжи – растянутые металлические элементы применяются в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций, а также затяжек арочных и сводчатых конструкций. Диаметр тяжей и болтов должен быть не менее 12мм. При необходимости создания предварительного натяжения используют натяжные муфты с разносторонней резьбой. Стяжные болты имеют преимущественно монтажное значение и применяются для плотного стягивания соприкасающихся элементов. Скобы из круглой или квадратной стали толщиной 10…18мм применяют как вспомогательные фиксирующие связи в сооружениях из брусьев или круглого леса в мостовых опорах, лесах, бревенчатых фермах и т.д. Хомуты отличаются от скоб тем, что полностью охватывают конструкцию, они могут быть П – образными и кольцевыми. Хомуты применяют для изготовления построечных конструкций на строительной площадке из бревен или брусьев (обычно при сопряжении стоек с насадками). Штыри представляют с собой стержни из арматурной стали диаметром 16… 30мм, которые вставляют в заранее просверленные отверстия меньшего диаметра. Их применяют при стыках стоек или свай в торец, а также в узлах сопряжения стоек с насадками и некоторых других случаях.

4.3 Деревянные конструкции зданий и сооружений

Настилы покрытий используют в качестве несущих и ограждающих элементов деревянных покрытий. Они служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Конструкция настила зависит от типа кровли и теплоизоляционных свойств покрытия (рис.6). При рулонной кровле настил должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность. При чешуйчатой кровле в виде волнистых листов асбестоцемента, стеклопластика или черепичных плиток настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки или открытых ребер клеефанерных плит. С чешуйчатой кровлей особенно эффективно применение

деревянных покрытий. Деревянные настилы делятся на два основных вида – дощатые и клеефанерные.

Рис.6 Дощатые покрытия

а – неутепленное под рулонную крышу; б – то же утепленное;

в – неутепленное, обрешетка под асбестоцементную кровлю; г – то же утепленное; 1 – настил; 2 – рулонная кровля; 3 – асбестоцементная кровля;

4 – утеплитель; 5 – пароизоляция.

Двойной перекрестный настил (рис. 7,а) состоит из двух слоев: нижнего – рабочего и верхнего – защитного. Рабочий настил несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, распределяет сосредоточенные нагрузки и защищает кровельный ковер от разрывов.

Рис.7 Дощато-гвоздевые щиты настилов покрытий

а – щит двойного перекрестного настила; б – щит однослойного раскосного настила; 1 – доски; 2 – гвозди; 3 – косой защитный настил; 4 – разряженный рабочий настил; 5 – раскосы; 6 – поперечный раскос.

В настоящее время широко применяют два типа плит: дощато-гвоздевые щиты, состоящие из брусчатого каркаса, обшитого досками; и клеефанерные щиты и плиты с обшивкой из водостойкой фанеры, приклеенные к деревянному каркасу (рис.8).

Рис.8 Клеефанерные ребристые плиты настилов

а – план плит;

б – сечения плит;

1,2 – продольные и поперечные дощатые ребра;

3 – вентиляционные отверстия;

4 – строительная фанера;

5 – пароизоляция;

6 – коробчатая плита с двумя обшивками;

7 – утеплитель;

8 – ребристая плита с верхней обшивкой;

9– то же, с нижней обшивкой.

Балки деревянные. Цельнодеревянные балки применяют при пролетах, не превышающих 6 м, и при относительно небольших нагрузках. Деревянные балки применяют в качестве несущих конструкций настилов покрытий, рабочих площадок платформ и в других деревянных конструкциях. Балки покрытий применяют в зданиях с шириной помещения не более 6 м. Деревянные балки покрытий работают и рассчитываются на изгиб как однопролетные балки, шарнирно опертые на опоры разной высоты. Однопролетные прогоны являются несущими конструкциями скатных покрытий. К опорам прогоны крепятся посредством бобышек - коротких отрезков толстых досок или стальных уголковых коротышек и гвоздей или винтов. Эти крепления препятствуют сползанию прогонов вниз по скату опор (рис.9).

Рис.9 Брусчатые прогоны покрытий:

а – прогоны; б – расчетные схемы; 1 – брусья; 2 –стыки; 3 – болты;

4 – основные несущие конструкции; 5 – бобышки; 6 –гвозди.

Составные балки. Из-за ограниченности сортамента древесины под заданный пролет и нагрузку в практике строительства часто нельзя применять конструкцию из цельной древесины, поэтому приходится использовать составные балки (Рис. 10).

ис.10 Составные балки

а – простая составная балка;

б – балка на пластинчатых нагелях;

в – двутавровая балка с дощатой перекрестной стенкой.

В практике строительства стали применяться и армированные балки, представляющие собой новый вид индустриальных конструкций. Армирование повышает несущую способность и снижает деформативность балок.

Деревянные стойки могут быть цельнодеревянными, составными, клеедеревянными и решетчатыми. Применяют в виде опор покрытий, навесов, рабочих площадок, платформ, опор линий электропередач и связи. Стойки из брусьев квадратного сечения и из круглых бревен применяют в основном в тех случаях, когда их концы закрепляются шарнирно и на них действует только сжимающие нагрузки. Составные стойки состоят из цельных брусьев или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями. Длина составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышает 6.4м. Клеедеревянные стойки (рис.11) являются конструкциями исключительно заводского типа. Их формы и размеры могут быть любыми и определяются только назначением, действующими нагрузками, расчетом и не зависят от ограничения сортамента досок, применяемых для их склеивания.

Рис.11 Клеедеревянные стойки: а – постоянного квадратного сечения; б – постоянного прямоугольного сечения; в – переменного прямоугольного сечения.

Деревянные фермы - это сквозные решетчатые конструкции балочного типа. Основной недостаток деревянных ферм - значительное число элементов и узлов. В практике строительства наибольшее распространение получили следующие типы ферм: с параллельными поясами (рис. 12, а); треугольные - ( рис.12, б); трапециевидные (рис. 12,в); сегментные (рис. 12, г) и т.д. Решетка ферм, как правило, треугольная. Деревянные и металлодеревянные фермы рекомендуется применять при пролетах до 24-36 м.

Рис.12 Типы деревянных ферм:

а – с параллельными поясами; б – треугольные; в – трапециевидные; г – сегментные.

Фермы из бревен и брусьев на лобовых вырубках могут иметь треугольное и пятиугольное очертания или быть с параллельным очертанием поясов. Такими фермами можно перекрывать пролеты до 18…24м. Металлодеревянные брусчатые фермы применяют при пролетах до 30 м. Нижний пояс и растянутые элементы решетки выполняются из круглой стали с металлическими узловыми соединениями. Верхний пояс и сжатые раскосы - из деревянных брусьев. Дощатые фермы с гвоздевыми накладками получили широкое распространение при пролетах до 18м (рис.13).

Рис. 13 Дощатые фермы с гвоздевыми накладками:

1 – доски;

2 – металлические пластинки.

Деревянные арки и рамы. Конструкция арок. Деревянные арки применяют в покрытиях производственных промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданиях с пролетами 12…80м. По статическим схемам деревянные арки разделяются на трехшарнирные, имеющих два опорных и один коньковый или иногда, так называемый, ключевой шарнир, и двухшарнирные, у которых только два опорных шарнира. Клеедеревянные арки (рис. 14), их формы, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам и формам. Элементы арок могут иметь любую из указанных выше форм оси в покрытиях с пролетами 12…80м.

Рис. 14 Клеедеревянные арки: а – сегментные; б – треугольные;

в – стрельчатые;

г – двухшарнирные.

1 – без затяжек;

2 –с затяжками.

Конструкции деревянных рам. Рамы один из основных классов несущих деревянных конструкций. В строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12…24м. По статическим схемам деревянные рамы могут быть статически определимыми и однократно статически неопределимыми. Трехшарнирная рама (рис. 15, а) является статически определяемой. Преимущество этой схемы – независимость действующих в ее сечениях усилий от осадки фундаментов и относительная простота решений шарнирных опорных узлов. Двухшарнирная схема с жесткими опорными узлами (рис. 15, б) является однажды статически неопределяемой. Преимущество – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Двухшарнирная схема с шарнирными опорными узлами (рис.15, в) также однажды статически неопределима. Преимущество этой рамы – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных опорных узлах. По конструкции деревянные рамы делятся на трех- и двухшарнирные, клеедеревянные, цельнодеревянные и клеефанерные.

Рис.15 Статические схемы деревянных рам

а – трехшарнирная; б – двухшарнирная жестко опертая; в – двухшарнирная шарнирно опертая.

Трехшарнирные клеедеревянные рамы бывают бесподкосными и могут иметь от двух до четырех подкосов (рис. 16). Гнутоклееная трехшарнирная рама (рис. 16, а) состоит из полурам Г- образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первое достоинство этой рамы в том, что она состоит только из двух крупных элементов – полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами – двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоемкость сборки и установки таких рам. Второе достоинство – это переменная высота сечений – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Ломаноклееная рама (рис.16, б), называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам. Каждая полурама имеет Г- образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов – стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Имеет существенные достоинства, она малотрудоемка при монтаже, проста в изготовлении. Эти рамы не требуют дополнительных стержней для опирания настилов в карнизных узлах. Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама (рис.16, в) состоит из большого числа элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов. Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама (рис.16, г) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения. К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применять металлические крепления и винты. Изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 16, д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Достоинство этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Недостатки – это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечение которых определяется из условий предельно допускаемой гибкости. Клеедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами (рис.16,е) отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещений.

Рис.16 Клеедеревянные трехшарнирные рамы: а – гнутоклееная; б – ломаноклееная; в– четырехподкосная; г –двухподкосная; д– с внутренними опорными подкосами; е – с наружными опорными подкосами.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы (рис. 17) состоят из трех конструктивных элементов – двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами (рис. 17, а и б) может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Основным недостатком этой рамы – относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных. Такая рама может иметь также комбинированную конструкцию. Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами (рис. 17, в) может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов. Ригели этой рамы крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение.

Рис. 17 Двухшарнирные клеедеревянные рамы: а – с жесткими опорами и аркой; б – с жесткими опорами и фермой; в – с шарнирными опорами и клеедеревянной балкой.

Трехшарнирная дощато-гвоздевая рама состоит из дощато-гвоздевых двутавровых стоек и полуригелей переменной высоты, в настоящее время не используются. Расчет рам производится на различные сочетания нагрузок от собственного веса, ветровой, снеговой нагрузки и т.д. Раму рассчитывают как трехшарнирную конструкцию. В результате расчета получают значения изгибающих моментов, поперечной и продольной сил.

infopedia.su

Лекция №3 соединения деревянных элементов

Размеры лесоматериалов (длина и сечения) ограничены, поэтому отдельно они могут быть применены только в виде стоек и балок невысокой несущей способности. Для создания большинства строительных конструкций деревянные элементы должны быть прочно и надежно соединены между собой. При помощи соединений ряд элементов соединяется по длине — сращивается, по ширине — сплачивается, связывается под углом узлами и прикрепляется к опорам — анкеруется.

Соединения являются наиболее ответственными деталями деревянных конструкций. При изготовлении многих соединений в элементах конструкций делают отверстия и врезки, ослабляющие их сечения и повышающие их деформативность. Разрушение деревянных конструкций начинается в большинстве случаев в соединениях. Деформативностью соединений объясняются повышенные прогибы деревянных конструкций. Таким образом, от правильного решения, расчета и изготовления соединений зависят прочность и деформативность конструкции в целом.

Анизотропия строения, малая прочность древесины при скалывании, растяжении поперек волокон и смятии являются причиной большой сложности и многообразия соединений конструкций из дерева.

Наиболее просто и надежно решаются конструкции соединений сжатых деревянных элементов, в которых усилия передаются непосредственно от элемента, к элементу и не требуется специальных рабочих связей. Более сложно решаются соединения изгибаемых элементов, в которых для передачи усилий требуются рабочие связи.

Наиболее сложно решаются соединения растянутых элементов. В них имеется опасность хрупкого разрушения древесины по ослабленным сечениям, а также в результате скалывания и растяжения поперек волокон. Применение в соединениях растянутых элементов податливо работающих связей уменьшает опасность их хрупкого разрушения. Сложность соединения растянутых деревянных элементов приводит их в ряде конструкций к замене металлическими.

По характеру работы все основные соединения деревянных конструкций могут быть разделены на следующие группы:

а) соединения без специальных связей, требующих расчета, — упоры и врубки;

б) соединения со связями, работающими на сжатие,— шпонками и колодками;

в) соединения со связями, работающими на изгиб, — нагелями-болтами, штырями, гвоздями, винтами, деревянными пластинками и штырями;

г) соединения со связями, работающими на растяжение, — болтами, гвоздями, винтами и хомутами;

д) соединения со связями, работающими на сдвиг, — клеевыми швами.

В связи с тем что одни и те же связи входят в разные группы, удобно изучать соединения деревянных конструкций в следующем порядке: соединения без специальных связей, с деревянными связями, с металлическими связями, с клеевыми связями.

Клеевые соединения, наиболее прогрессивные и технологичные, являются основными соединениями элементов при заводском изготовлении деревянных конструкций. Соединения, не требующие специальных связей (упоры и врубки), применяются главным образом при построечном, изготовлении деревянных конструкций. Металлические соединения являются универсальными и широко используются при обоих основных методах изготовления деревянных конструкций. Соединения с деревянными связями являются устарелыми типами соединений, требующими значительных затрат ручного труда. Они применяются редко и только при построечном изготовлении деревянных конструкций.

Все соединения деревянных конструкций являются податливыми, за исключением клеевых. Деформации в них образуются в результате неплотностей, возникающих при изготовлении, от усушки и смятия древесины, особенно поперек волокон и изгиба связей. Величина этих деформаций при длительном действии расчетных нагрузок в соединениях, где древесина работает поперек волокон, принимается равной 3 мм, а во всех других случаях— 1,5—2 мм.

В большинстве соединений деревянных конструкций, кроме клеевых, в результате действия сжимающих усилий или начального обжима, например при постановке болтов, возникают между соединяемыми элементами силы трения, которые уменьшают усилия в связях. Однако эти силы в результате возможной знакопеременности усилий, усушки древесины и ослабления начальных натяжений связей могут снизиться до нуля и поэтому расчетом не учитываются. Они учитываются только при кратковременном действии сжатия с коэффициентами трения пласти по пласти 0,2, торца по пласти 0,3 и когда они вызывают дополнительные напряжения с коэффициентом трения 0,6.

Расчет соединений деревянных конструкций по прочности производят на основе методики, изложенной в гл. 4.

studfiles.net

7 Расчет соединений элементов деревянных конструкций

Общие указания

7.1Действующее на соединение (связь) усилие не должно превышать расчетной несущей способности соединения (связи).

7.2Расчетную несущую способность соединений, работающих на смятие и скалывание, следует определять по формулам:

а) из условия смятия древесины

; (57)

б) из условия скалывания древесины

, (58)

где - расчетная площадь смятия;

- расчетная площадь скалывания;

- расчетное сопротивление древесины или LVL смятию под угломк направлению волокон;

- расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины или LVL скалыванию вдоль волокон, определяемое в 7.3.

7.3Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление древесины или LVL скалыванию следует определять по формуле

, (59)

где - расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению);

- расчетная длина плоскости скалывания, принимаемая не более 10-кратной глубины врезки в элемент;

- плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами (рисунок 6,а) и 0,25при расчете симметрично загруженных элементов с симметричной врезкой (рисунок 6,б); (- полная высота поперечного сечения элемента);

- коэффициент, принимаемый равным 0,25 при расчете соединений, работающих по схеме, показанной на рисунке 5,г* и0,125 при расчете соединений, работающих по схеме согласно рисунку 5,в*, если обеспечено обжатие по плоскостям скалывания.

_______________

* Нумерация рисунков соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

а- несимметричная;б- симметричная;в, г- схемы скалывания в соединениях

Рисунок 6 - Врезки в элементах соединений

Отношение должно быть не менее 3.

Клеевые соединения

7.4При расчете конструкций клеевые соединения следует рассматривать как неподатливые соединения.

7.5Клеевые соединения следует использовать:

а) для стыкования отдельных слоев на зубчатом соединении (рисунок 7, а);

б) для образования сплошного сечения (пакетов) путем сплачивания слоев по высоте и ширине сечения. При этом по ширине пакета швы склеиваемых кромок в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на толщину слоя 5* по отношению друг к другу (рисунок 7, б). По длине пакета зубчатые шипы в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на 5-кратную толщину слоя. При этом в одном сечении пакета не должно совпадать более 25% слоев с зубчатыми шипами, кроме крайних слоев растянутой зоны изгибаемых элементов, где допускается совпадение не более двух слоев.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

а- при стыковании отдельных слоев по длине зубчатым шипом, выходящим на пласть;б- при образовании пакетов и сплачивании по пласти и кромке

Рисунок 7 - Клеевые соединения

7.6Применение усового соединения допускается для фанеры вдоль волокон наружных слоев. Длину усового соединения следует принимать не менее 10-кратной толщины стыкуемых элементов.

7.7Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, следует принимать не более 33 мм. В прямолинейных элементах допускается толщина слоев до 42 мм при условии устройства в них продольных компенсационных прорезей.

7.8В клееных элементах из фанеры с древесиной не следует применять доски шириной более 100 мм при склеивании их с фанерой и более 150 мм - в примыканиях элементов под углом от 30 до 45°.

Примечание - Соединения на вклеенных стержнях рассмотрены в 7.30-7.45.

Соединения на врубках

7.9Узловые соединения элементов из брусьев и круглого леса на лобовых врубках следует выполнять с одним зубом (рисунок 8).

Рисунок 8 - Лобовая врубка с одним зубом

Рабочая плоскость смятия во врубках при соединении элементов, не испытывающих поперечного изгиба, должна располагаться перпендикулярно оси примыкающего сжатого элемента. Если примыкающий элемент, помимо сжатия, испытывает поперечный изгиб, рабочую плоскость смятия во врубках следует располагать перпендикулярно равнодействующей осевой и поперечной сил.

Элементы, соединяемые на лобовых врубках, должны быть стянуты болтами.

7.10Лобовые врубки следует рассчитывать на скалывание, согласно указаниям 7.2 и 7.3, принимая расчетное сопротивление скалыванию по поз.5 таблицы 3.

7.11Длину плоскости скалывания лобовых врубок следует принимать не менее 1,5, где- полная высота сечения скалываемого элемента.

Глубину врубки следует принимать не более в промежуточных узлах сквозных конструкций и не болеев остальных случаях, при этом глубина врубокв брусьях должна быть не менее 2 см, а в круглых лесоматериалах - не менее 3 см.

7.12Расчет на смятие лобовых врубок с одним зубом следует производить по плоскости смятия (см. рисунок 8). Угол смятия древесиныследует принимать равным углу между направлениями сминающего усилия и волокон сминаемого элемента.

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом к волокнам для лобовых врубок следует определять по формуле (2) примечания 2 к таблице 3, независимо от размеров площади смятия.

Соединения на цилиндрических нагелях

7.13Цилиндрическими нагелями называются болты, шпильки, нагели, гвозди, шурупы, глухари, саморезы и т.п., в соединениях, работающих на сдвиг.

Расчетную несущую способность цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях элементов из сосны и ели, в том числе клееных, и древесины из однонаправленного шпона (рисунок 9) при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон, гвоздями под любым углом и стальными нагелями, установленными в торец клееных деревянных элементов, следует определять по таблице 20. В необходимых случаях расчетную несущую способность цилиндрического нагеля, определенную по таблице 20, следует устанавливать с учетом указаний 7.15.

а- симметричные;б- несимметричные

Рисунок 9 - Нагельные соединения

Таблица 20


Схемы соединений	Напряженное состояние соединения	Расчетная несущая способность на один шов сплачивания (условный срез), кН
		гвоздя, стального, алюминиевого, стеклопластикового нагеля	дубового нагеля
1 Симметричные соединения (рисунок 9, а)	а) смятие в средних элементах	0,5	0,3
	б) смятие в крайних элементах	0,8	0,5
2 Несимметричные соединения (рисунок 9, б)	а) смятие во всех элементах равной толщины, а также в более толстых элементах односрезных соединений	0,35	0,2
	б) смятие в более толстых средних элементах двухсрезных соединений при	0,25	0,14
	в) смятие в более тонких крайних элементах при	0,8	0,5
	г) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при
3 Симметричные и несимметричные соединения	а) изгиб гвоздя	2,5+0,01, но не более 4	-
	б) изгиб нагеля из стали А240	1,8+0,02, но не более 2,5	-
	в) изгиб нагеля из алюминиевого сплава Д16-Т	1,6+0,02, но не более 2,2	-
	г) изгиб нагеля из стеклопластика АГ-4С	1,45+0,02, но не более 1,8	-
	д) изгиб нагеля из древесно-слоистого пластика ДСПБ	0,8+0,02, но не более 1	-
	е) изгиб дубового нагеля	-	0,45+0,02, но не более 0,65
4 Соединения на нагелях в торец с металлической накладкой (рисунок 10, в, г)	изгиб нагеля из стали С235 и арматуры А240	160	-
Примечания 1 В таблице: - толщина средних элементов, а также равных по толщине или более толстых элементов односрезных соединений,- толщина крайних элементов, а также более тонких элементов односрезных соединений;- диаметр нагеля; все размеры в см. 2 Расчетную несущую способность нагеля в двухсрезных несимметричных соединениях при неодинаковой толщине элементов следует определять с учетом следующего: а) расчетную несущую способность нагеля из условия смятия в среднем элементе толщиной при промежуточных значенияхмеждуи 0,5следует определять интерполяцией между значениями по поз.2а и 2б таблицы; б) при толщине крайних элементов расчетную несущую способность нагеля следует определять из условия смятия в крайних элементах по поз.2а таблицы с заменойна; в) при определении расчетной несущей способности из условий изгиба нагеля толщину крайнего элемента в поз.3 таблицы следует принимать не более 0,6. 3 Значения коэффициента для определения расчетной несущей способности при смятии в более тонких элементах односрезных соединений приприведены в таблице 22. 4 Расчетную несущую способность нагеля в рассматриваемом шве следует принимать равной меньшему из всех значений, полученных по формулам таблиц. 5 Расчет нагельных соединений на скалывание производить не следует, если выполняются условия расстановки нагелей в соответствии с 5.18 и 5.22. 6 Диаметр нагеля следует назначать из условия наиболее полного использования его несущей способности по изгибу. 7 Число нагелей в соединении, кроме гвоздевого, следует определять по формуле , (60) где - расчетное усилие; - наименьшая расчетная несущая способность, найденная по формулам таблицы 21; - число расчетных швов одного нагеля. 8 В соединениях число нагелей должно быть не менее 2. Исключение могут составлять нагели, устанавливаемые конструктивно (например, на период сборки и монтажа).

Таблица 21


Угол, град	Коэффициент
	для стальных, алюминиевых и стеклопластиковых нагелей диаметром, мм	для дубовых нагелей
	12	16	20	24
30	0,95	0,9	0,9	0,9	1
60	0,75	0,7	0,65	0,6	0,8
90	0,7	0,65	0,55	0,5	0,7
Примечания 1 Значение для промежуточных углов определяется интерполяцией. 2 При расчете односрезных соединений для более толстых элементов, работающих на смятие под углом, значение следует умножать на дополнительный коэффициент 0,9 при1,5 и на 0,75 при1,5.

Таблица 22


Вид нагеля	Значения коэффициента для односрезных соединений при
	0,35	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Гвоздь, стальной, алюминиевый и стеклопластиковый нагель	0,8	0,58	0,48	0,43	0,39	0,37	0,35
Дубовый нагель	0,5	0,5	0,44	0,38	0,32	0,26	0,2

7.14Расчетную несущую способность цилиндрических нагелей, кроме нагелей в торец, при направлении передаваемого нагелем усилия под углом к волокнам следует определять согласно 7.13 с умножением:

а) на коэффициент (таблица 21) при расчете на смятие древесины в нагельном гнезде;

б) на величину при расчете нагеля на изгиб; уголследует принимать равным большему из углов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемому шву.

7.15Расчетную несущую способность нагелей в соединениях элементов конструкций из древесины других пород, в различных условиях эксплуатации, в условиях повышенной температуры, при действии только постоянных и длительных временных нагрузок следует определять согласно 7.13 и 7.14 с учетом 5.4:

а) при расчете нагельного соединения из условия смятия древесины в нагельном гнезде умножением на коэффициенты ,,,,и делением наи;

б) при расчете нагельного соединения из условия изгиба нагеля умножением или делением на корни квадратные из этих коэффициентов.

7.16Нагельное соединение со стальными накладками и прокладками на болтах или глухих цилиндрических нагелях (рисунок 9) допускается применять в тех случаях, когда обеспечена необходимая плотность постановки нагелей.

Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление в древесину не менее 5 диаметров нагеля и не менее 12,5 диаметров нагеля при установке в торец. В последнем случае диаметр отверстия должен быть на 0,5 мм меньше диаметра нагеля.

Нагельные соединения со стальными накладками и прокладками следует рассчитывать согласно указаниям 7.13-7.15, причем в расчете из условия изгиба (поз.3 таблицы 20) следует принимать наибольшее значение несущей способности нагеля.

Стальные накладки и прокладки следует проверять на растяжение по ослабленному сечению и на смятие под нагелем в соответствии с указаниями СП 16.13330.

7.17 Несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала, но разных диаметров следует определять как сумму несущих способностей всех нагелей, за исключением растянутых стыков, для которых вводится снижающий коэффициент 0,9.

7.18Расстояние между осями цилиндрических нагелей вдоль волокон древесины, поперек волокони от кромки элемента(рисунок 10) следует принимать не менее:

для стальных нагелей ;;;

для алюминиевых и стеклопластиковых нагелей ;;;

для дубовых нагелей ;;.

а- на болтах и шпильках;б- на глухих цилиндрических нагелях;в- на глухих цилиндрических нагелях, установленных в торец клееного элемента;г- то же, с усилением поперечным армированием

Рисунок 10 - Нагельные соединения со стальными накладками

При толщине пакета меньше 10(см. рисунок 10) и для клееных элементов, включая LVL, с расположением нагелей перпендикулярно клеевым швам следует принимать:

для стальных, алюминиевых и стеклопластиковых нагелей ;;;

для дубовых нагелей ;.

Для стальных нагелей, установленных в торец, расстановку нагелей принимать по рисунку 11, виг.

а- прямая,б- в шахматном порядке;в- установленных в торец без армирования;г- то же, с усилением армированием

Рисунок 11 - Расстановка нагелей

7.19Нагели в растянутых стыках следует располагать в два или четыре продольных ряда; в конструкциях из круглых лесоматериалов допускается шахматное расположение нагелей в два ряда с расстоянием между осями нагелей вдоль волокон, а поперек волокон -.

7.20При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заостренную часть гвоздя длиной 1,5; кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.

Если расчетная длина защемления конца гвоздя получается меньше 4, его работу в примыкающем к нему шве учитывать не следует.

При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную толщину последнего элемента следует уменьшать на 1,5(рисунок 12).

Рисунок 12 - Определение расчетной длины защемления конца гвоздя

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины пробиваемых элементов.

7.21Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать не менее:

при толщине пробиваемого элемента;

при толщине пробиваемого элемента.

Для промежуточных значений толщины наименьшее расстояние следует определять по интерполяции.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, независимо от их толщины, расстояние между осями гвоздей следует принимать равным .

Расстояние вдоль волокон древесины от гвоздя до торца элемента во всех случаях следует принимать не менее .

Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей следует принимать не менее ; при шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами под углом45° (рисунок 13) расстояние может быть уменьшено до 3.

Рисунок 13 - Расстановка гвоздей косыми рядами

7.22При использовании шурупов, саморезов и глухарей в качестве нагелей, работающих на сдвиг, расстояния между их осями следует принимать по указаниям 7.18 как для стальных цилиндрических нагелей.

7.23Несущую способность шурупов и глухарей, при расстоянии от плоскости сплачивания до конца ненарезанной части более чем два диаметра, следует определять по правилам для стальных цилиндрических нагелей. В других случаях расчет на сдвиг следует вести по внутреннему диаметру ослабленного резьбой сечения.

Соединения на гвоздях и шурупах, работающих на выдергивание

7.24Сопротивление гвоздей выдергиванию допускается учитывать во второстепенных элементах (настилы, подшивка потолков и т.д.) или в конструкциях, где выдергивание гвоздей сопровождается одновременной работой их как нагелей.

Не допускается учитывать работу на выдергивание гвоздей, забитых в заранее просверленные отверстия, забитых в торец (вдоль волокон), а также при динамических воздействиях на конструкцию.

7.25Расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя, МН, забитого в древесину, в том числе в древесину из однонаправленного шпона, поперек волокон, следует определять по формуле

, (61)

где - расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 0,3 МПа, а для сырой, высыхающей в конструкции, - 0,1 МПа;

- диаметр гвоздя, м (см);

- расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя, м (см), определяемая согласно 7.20.

Расстояние от крайнего ряда гвоздей до продольной кромки элемента следует принимать не менее 4.

Примечания

1Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины в элементах из осины, ольхи и тополя следует увеличивать на 50% по сравнению с указанными выше.

2В условиях повышенной влажности или температуры, а также при расчете на действие кратковременной или постоянной и длительной временной нагрузок расчетное сопротивление выдергиванию для воздушно-сухой древесины следует умножать на коэффициенты, приведенные в таблицах 5, 7 настоящего СП.

3При диаметре гвоздей более 5 мм в расчет вводят диаметр, равный 5 мм.

7.26Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее двух толщин пробиваемого деревянного элемента и не менее 10.

Расстановку гвоздей, работающих на выдергивание, следует производить по правилам расстановки гвоздей, работающих на сдвиг (см. 7.21). При наклонной забивке расстояние до нагруженной кромки должно быть не менее 10(рисунок 14).

Рисунок 14 - Наклонная забивка гвоздей

7.27Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или глухаря, МН, завинченного в древесину, в том числе в древесину из однонаправленного шпона, поперек волокон, следует определять по формуле

, (62)

где - расчетное сопротивление выдергиванию шурупа или глухаря на единицу поверхности соприкасания нарезной части шурупа с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 1 МПа;

расчетное сопротивление выдергиванию следует умножать в соответствующих случаях на коэффициенты, приведенные в 5.2;

- наружный диаметр нарезной части шурупа, м (см);

- длина нарезной части шурупа, сопротивляющаяся выдергиванию, м (см).

Расстояние между осями винтов должно быть не менее: ;(см. рисунок 11).

Соединения на пластинчатых нагелях

7.28Применение дубовых или березовых пластинчатых нагелей (пластинок) допускается для сплачивания брусьев в составных элементах со строительным подъемом, работающих на изгиб и на сжатие с изгибом. Размеры пластинок и гнезд для них, а также расстановку их в сплачиваемых элементах следует принимать по рисунку 15. Направление волокон в пластинках должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания элементов.

а- со сквозными пластинками;б- с глухими пластинками

Рисунок 15 - Соединение на пластинчатых нагелях

Сплачивание по высоте сечения более трех элементов, а также применение элементов, срощенных по длине, не допускается.

7.29 Расчетную несущую способность, кН, дубового или березового пластинчатого нагеля размерами по рисунку 13 в соединениях элементов из сосны и ели следует определять по формуле

, (63)

где - ширина пластинчатого нагеля, см, которую следует принимать равной ширине сплачиваемых элементовпри сквозных пластинках ипри глухих.

В случаях применения для сплачивания элементов из других древесных пород следует вводить поправочный коэффициент по таблице 4 (для скалывающих напряжений).

Для конструкций в условиях повышенной влажности или температуры, рассчитываемых на действие кратковременных или постоянной и длительной временной нагрузок, расчетную несущую способность пластинчатого нагеля следует умножать на поправочные коэффициенты по таблицам 6, 7 и 5.2, б, в.

Соединения на вклеенных стержнях

Общие требования к соединениям на вклеенных стержнях

7.30Соединения на вклеенных стержнях являются универсальным видом соединений. Вклеенные стержни могут использоваться:

- для устройства узловых сопряжений элементов плоских и пространственных конструкций (опорных узлов, поясов и решетки в фермах, ключевых шарниров в арках, рамах и т.п.);

- для устройства жестких равнопрочных стыков сборных изгибаемых, растянутых, сжато-изгибаемых, растянуто-изгибаемых элементов (балок, арок, ферм, рам, защемленных стоек, жестких нитей, куполов, сводов и т.п.);

- для анкеровки закладных деталей, воспринимающих усилия разных направлений;

- для восприятия нормальных сжимающих усилий поперек и под углом к волокнам в опорных зонах и местах приложения сосредоточенных нагрузок;

- для узловых соединений, воспринимающих сдвиг;

- для локализации главных растягивающих напряжений в приопорных зонах клееных деревянных конструкций и в окрестностях больших сосредоточенных нагрузок;

- для увеличения несущей способности участков конструкций, в которых действуют нормальные растягивающие напряжения поперек волокон и касательные напряжения (в приопорных зонах высоких балок, в зонах глубоких подрезок или ослаблений врезками, в изгибаемых элементах с криволинейной осью и др.);

- для сплачивания КДК, поперечное сечение которых состоит из двух и более элементов;

- в виде наклонно вклеенных стержней в качестве связей сдвига составных ДК, в том числе для комбинированных конструкций с деревянными балками в виде ребер и монолитной железобетонной плитой;

- для поперечного и наклонного армирования КДК с целью повышения их сдвиговой прочности и надежности, в том числе при переменном температурно-влажностном режиме эксплуатации;

- для наклонного армирования с целью повышения сдвиговой выносливости.

Принципиальные конструктивные схемы соединений в узлах и стыках элементов для различных напряженно-деформированных состояний приведены на рисунке 16.

- опорная реакция от расчетной нагрузки;а- в виде связей составных элементов;б- для повышения сдвиговой прочности клееной балки;в- для анкеровки закладных деталей;г,д- в опорных и других узлах конструкций;е- схема симметричного универсального жесткого стыка элементов сечением500 и600;ж- для растянутых элементов;з- для сжатых стыков с полимербетоном;и- для полигональных элементов, несимметричная схема (карниз рамы);к- для узла защемления стоек

Рисунок 16 - Используемые в проектировании соединения на наклонно вклеенных стержнях

7.31Влажность древесины при вклеивании стержней должна быть в интервале 8-14% (в зависимости от условий эксплуатации конструкций - см. приложение Г). Не допускается использование вклеенных стержней для клееных пакетов с компенсационными прорезями (см. 7.7).

7.32Для вклеивания используют эпоксидные клеи на базе смол ЭД20 с наполнителем - молотым песком (маршалитом) в количестве до 200 весовых частей веса смолы. При температуре окружающего воздуха выше 35 °С или необходимости обеспечения повышенной огнестойкости соединения, необходимо применение эпоксидных клеев специального состава с температурой стеклования 60 °С и выше. Вклеивание стержней и контроль качества следует производить в соответствии с приложением И.

7.33Диаметр отверстия в древесине должен превышать диаметр вклеиваемого стержня на 4-6 мм для арматуры классов А300-А600 и на 2 мм для арматуры класса А240, круглой стали и стеклопластиковых стержней. Сверление отверстий под вклеиваемые стержни производится с помощью сверл для древесины.

Допускается использование сверл для металла, нарощенных до требуемой длины.

7.34Стержни, вклеенные под углом к волокнам менее чем 20°, рассматриваются как вклеенные вдоль волокон, при большем угле - как вклеенные под углом к волокнам. Вклеенные поперек волокон стержни являются частным случаем стержней, вклеенных под углом к волокнам.

Соединения на стержнях, вклеенных вдоль волокон

7.35 Соединения на стержнях, вклеенных вдоль волокон древесины, допускаются только в комбинации с поперечно или наклонно вклеенными стержнями. Стержни вклеиваются в круглые отверстия или прямоугольные пазы на боковых гранях, заглубленных на 2 диаметра стержня, но не менее чем на 25 мм (рисунок 17).

а- в цилиндрические отверстия;б- в профрезерованные пазы

Рисунок 17 - Соединения на стержнях из арматуры периодического профиля, вклеенных вдоль волокон

7.36Расчетную несущую способность, МН, вклеиваемого стержня на выдергивание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжатых стыках элементов деревянных конструкций из сосны и ели следует определять по формуле

, (64)

где - диаметр отверстия, м;

- длина заделываемой части стержня, м (см), которую следует принимать по расчету, но не менее 10и не более 30;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который следует определять по формуле

; (65)

- расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа, определяемое по поз.5, г таблицы 3.

7.37Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание или продавливание вдоль волокон, следует принимать не менее, а до наружных граней - не менее.

Соединения на стержнях, вклеенных под углом к волокнам

7.38Расчетную несущую способность, МН, вклеиваемого под углом к волокнам стержня на выдергивание или продавливание в стыках клееных деревянных конструкций следует определять по формуле

, (66)

где - расчетное сопротивление древесины выдергиванию или продавливанию вклеенного стержня, МПа, принимаемое по* равным 4,0 МПа;

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

- диаметр отверстия, м;

- расчетная длина стержня, м

; (67)

- длина заделываемой части;

- глубина возможного снижения прочности клеевой прослойки при сварке; для стержней без сварки0;

- диаметр вклеиваемого стержня, м;

; (68)

- коэффициент, зависящий от знака нормальных напряжений вдоль волокон в зоне установки стержней;

- коэффициент, учитывающий зависимость расчетного сопротивления от диаметра стержня

(); (69)

- площадь сечения стержня;

- расчетное сопротивление материала стержня.

Для стержней, работающих на выдергивание в зоне растягивающих напряжений, действующих вдоль волокон древесины элемента конструкции, значения коэффициента следует определять по формуле

(), (70)

где - максимальные растягивающие напряжения, МПа.

При работе в сжатой зоне, а также для стержней, работающих на продавливание, 1.

7.39Минимальное расстояние от боковых граней пакета до оси стержня принимается не менее 2и не менее 30 мм; между осями стержней по ширине пакета расстояние должно быть не менее 2; от торца пакета вдоль волокон до оси стержня - не менее 100 мм; между стержнями вдоль волокон 10* при угле наклона стержнейк направлению волокон до 30° не менее 14, приот 30° до 60° - 10, приболее 60° - 7,5.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

7.40При устройстве жестких стыков в конструкциях используют два типа соединений на наклонно вклеенных стержнях.

Универсальными являются анкеры V-образной формы, которые представляют собой комбинацию как минимум из двух стержней, вклеенных наклонно по отношению к направлению волокон древесины и образующих между собой внутренний угол.

В растянутых стыках или в растянутых зонах стыков допускается применять соединения на стержнях, наклонно вклеенных в одном направлении, работающих на выдергивание и присоединенных на сварке к стальным пластинам, передающим на древесину усилия сжатия, возникающие от разложения усилий растяжения в наклонных стержнях. Работа стержней на продавливание (сжатие) в таких узлах не допускается.

7.41Расчетная несущая способность V-образного анкера определяется исходя из расчетной несущей способности вклеенных стержней анкера, определенной по формуле (60). Усилия в каждой ветви анкера определяются путем разложения усилий от внешней нагрузки по направлениям ветвей. Внутренний угол между ветвями анкера принимается от 45° до 120°.

7.42Проверка на прочность анкеров, сварных швов, соединительных пластин и других стальных элементов выполняется по нормам проектирования металлоконструкций.

7.43В соединении, работающем на сдвиг, несущая способность наклонно вклеенной связи, работающей на выдергивание (растяжение), определяется по формуле

, (71)

где - несущая способность стержня, работающего на выдергивание (7.38);

- угол наклона вклеенной связи к плоскости сдвига.

7.44В соединении, работающем на сдвиг, несущая способность наклонно вклеенной связи, работающей на продавливание (сжатие), проверяется по формуле

, (72)

где - составляющая расчетного усилия на один стержень, МН, вызывающая в наклонных стержнях напряжения растяжения;

- составляющая того же усилия, вызывающая в наклонных стержнях напряжения изгиба;

- расчетная несущая способность одного стержня по условию прочности на растяжение, МН;

- площадь сечения стержня, м;

- расчетное сопротивление растяжению арматурной стали для А300285 МПа и для А400375 МПа;

- расчетная несущая способность стержня на один шов из условия его работы на изгиб, МН, принимается:

а) при жестком (сварном) соединении вклеенного стержня со стальной накладкой или анкерной полосой:

- для арматуры А300;

- для арматуры А400;

б) при нежестком болтовом соединении вклеенного стержня со стальной накладкой:

- для арматуры A300;

- для арматуры А400;

- номинальный диаметр стержня, м.

7.45При определении числа вклеенных стержней или анкеров необходимо учитывать коэффициент их совместной работы:

- при одном анкере или одном наклонном стержне с одной стороны стыка и на одной грани 1;

- при двух анкерах или двух наклонных стержнях 0,9;

- при большем количестве анкеров или стержней 0,75.

7.46При проектировании стыков или узлов конструкций необходимо учитывать особенности конструктивной схемы. Принципиально различаются конструктивные варианты сжатой и растянутой зон стыков сжато-изгибаемых элементов ломаного сечения, например в карнизных узлах рам и т.д.

7.47Наклонно вклеенные стержни располагаются в соединениях таким образом, чтобы в них возникали (в основном) растягивающие усилия. Возникающие при этом (от разложения сил) сжимающие усилия должны передаваться на древесину соединительными жесткими пластинами или специально вклеенными стержнями с соответствующей проверкой расчетом.

7.48Податливость соединений на наклонно вклеенных стержнях составляет 0,001 мм/кН.

7.49Стыки и узлы сжато-, растянуто-изгибаемых, изгибаемых и растянутых элементов сборных конструкций должны проверяться расчетом и обеспечивать восприятие перерезывающих сил, а также усилий, возникающих при сборке, кантовке, перевозке, складировании и монтаже. Для сжатых стыков большепролетных конструкций, выполненных с заполнением полимербетоном, необходимо предусматривать специальные конструктивные решения стыков на наклонно вклеенных стержнях, способные воспринимать упомянутые монтажные нагрузки и перерезывающие силы.

Соединения на вклеенных стальных нагелях

7.50Расчетную несущую способность на сдвиг, кН, вклеенного в древесину цилиндрического нагеля из стальной арматуры периодического профиля (рисунок 18) на один шов соединения элементов из сосны и ели при глубине заделкив направлении усилий вдоль волокон следует определять по таблице 23 с учетом 7.15. Максимальным значениямсоответствует, где номинальный диаметр стержняи глубина заделки, см.

а- шахматная расстановка;б- двухрядная расстановка

Рисунок 18 - Соединение на вклеенных стальных нагелях

Таблица 23


Схемы соединений	Напряженное состояние соединения	Расчетная несущая способность на один шов сплачивания (условный срез), кН
1 Симметричные соединения	а) смятие в средних элементах	0,5
	б) смятие в крайних элементах	0,8
2 Несимметричные соединения	а) смятие во всех элементах равной толщины, а также в более толстых элементах односрезных соединений	0,35
	б) смятие в более толстых средних элементах двухсрезных соединений при	0,25
	в) смятие в более тонких крайних элементах при	0,8
	г) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при
3 Симметричные и несимметричные соединения	а) изгиб нагеля из арматуры А300	2,0+0,02, но не более 3,2
	б) изгиб нагеля из арматуры А400	2,5+0,02, но не более 3,7
Примечания 1 В таблице: - толщина средних элементов, а также равных по толщине или более толстых элементов односрезных соединений;- толщина крайних элементов, а также более тонких элементов односрезных соединений;- номинальный диаметр вклеенного нагеля;- диаметр отверстия; все размеры в см. 2 Смотри примечания 2-4, 7 и 8 к таблице 20. 3 Расчет нагельных соединений на скалывание производить не следует, если выполняются условия расстановки нагелей в соответствии с 7.52.

7.51В соединениях элементов под углом к волокнам древесины несущая способность вклеенных нагелейопределяется в соответствии с 7.14.

7.52Расстояния между осями вклеенных нагелей при их расстановке следует принимать вдоль волокон древесиныне менее 8, поперек волоконне менее 3и от кромки элементане менее 3. При шахматной расстановке нагелей минимальные расстояния.

studfiles.net